半主动磁流变库伦阻尼缓冲座椅力学特性分析

飞行器着陆或者坠落过程中会产生较大的冲击,为了改善乘员所受到的冲击损伤,提出了半主动磁流变库伦阻尼缓冲座椅系统。为分析缓冲座椅的力学特性,首先,建立座椅系统力学模型,利用拉格朗日方程建立座椅系统运动微分方程;其次,基于系统运动微分方程,分析系统刚度、阻尼以及不同跌落高度对缓冲座椅力学特性的影响;然后,分析了磁流变库伦阻尼器的安装方式对系统缓冲性能的影响,并利用T-S模糊模型实现座椅系统半主动控制,将系统的极限距离缓冲效果与最优缓冲效果进行对比;最后,通过缓冲座椅原理样机的跌落试验对上述理论计算结果进行验证。研究发现,相比于传统的线性缓冲器,所提出的缓冲座椅能够适应不同的跌落冲击强度,具有良好的缓冲性能。     

非匀强磁场应用于旋转式磁流变阻尼器的研究

针对旋转式磁流变阻尼器的结构特征分析了阻尼力矩的构成模型,并利用楔形工作面设计,在磁流变工作盘间产生均匀变化的非匀强磁场;进一步研究了楔形工作面设计的磁阻变化计算模型及其产生的非匀强磁场对阻尼器工作效率的影响.实验表明,旋转式阻尼器采用楔形工作面设计时,在相同电流作用下所输出力矩可比平行板设计有明显增大,同时不可通过电流控制的零场力矩稍有增大,对于节能降耗、减小励磁线圈发热等问题提供了一个可行措施.     

磁流变差动阻尼器的设计与有限元分析

针对旋转式磁流变液阻尼的磁滞性问题以及由于磁滞性而造成的旋转式磁流变液阻尼器输出力矩不稳定的问题,设计了一种差动式阻尼器,不仅可以使输出的力矩可控性更好,而且有效地克服了磁滞现象的影响.在通过理论计算得到磁流变液差动阻尼器输出力矩模型的基础上,利用ANSYS有限元分析软件对磁流变液差动阻尼器进行了磁场分析,得到了磁流变液的磁感强度与磁流变液差动阻尼器线圈中的控制电流之间的关系,结合数值分析软件得到了磁流变液差动阻尼器的输出力矩与线圈中的控制电流之间的关系.研究结果表明,通过控制磁流变液差动阻尼器的控制电流可以实时调整差动阻尼器的输出力矩大小及方向,对磁流变液阻尼器作为精确控制的力矩控制元件奠定了理论基础.     

磁流变阻尼器等效线性阻尼系数计算

基于修正的Bouc_Wen模型分析了磁流变阻尼器的性能,并计算了其等效线性阻尼系数;基于修正的Bouc_Wen模型的仿真数据,通过曲线拟合回归分析方法建立了磁流变阻尼器等效线性阻尼系数与控制电压以及磁流变阻尼器运动振幅之间的关系模型,并验证了模型精度。研究结果显示,等效线性阻尼系数模型具有较高的精度,相对误差低于1%;对于应用强非线性磁流变阻尼器的振动系统,在给定频率下,利用等效线性阻尼系数模型可以有效提高系统振动及稳定性分析的计算效率。该研究为磁流变阻尼器的控制应用提供了理论依据。     

基于磁流变原理的变刚度驱动方法研究

针对机器人关节变刚度驱动的功能需求,提出了一种基于磁流变原理的变刚度驱动方法,该方法利用旋转式磁流变阻尼器力矩可控且响应速度快的特点,结合伺服电机与旋转式磁流变阻尼器,构成变刚度驱动器.基于变刚度驱动器构型,分析了变刚度驱动原理.完成了用于变刚度驱动器的旋转式磁流变阻尼器的设计,获取了阻尼器的力矩值与磁动势值.基于变刚...     

旋转式磁流变阻尼器优化设计与力学性能试验

基于磁流变液的Bingham模型,提出一种应用有限元法对旋转式磁流变阻尼器进行优化设计的方法,通过对阻尼器的结构参数进行优化设计,可以充分发挥材料磁性能,从而获得阻尼器的最优电气参数。研制磁流变阻尼器及其力学性能测试系统,对阻尼器的力学性能进行试验研究,得到了阻尼器的力矩—转速、屈服力矩—电流等力学特性。考虑温度对磁流变阻尼器性能的影响,得到不同温度、不同转速下阻尼器的屈服力矩特性,对磁流变液剪切变稀现象及温度对磁流变阻尼器性能的影响进行分析。     

汽车磁流变减振器阻尼特性理论计算与试验

从研究的实用性和结构的可行性出发,建立较为精确的磁流变减振器动力学模型是设计控制策略和获得良好控制效果的关键因素之一。根据车辆悬架的各种要求,设计和分析磁流变减振器的各参数对阻尼特性的影响对于现代汽车设计来说是非常必要的。根据汽车减振的要求和磁路设计原则,设计出单输出杆阻尼孔式汽车磁流变减振器。基于流体力学理论和磁流变液流变特性,详细推导出磁流变减振器的阻尼力理论计算模型。对磁流变减振器的阻尼特性进行理论分析和计算,并探讨减振器各结构参数对减振器阻尼特性的影响。最后采用试验测试磁流变减振器的速度特性,得到不同电流输入时阻尼力与速度的关系曲线,试验测试的结果和理论计算基本吻合。采用流体力学理论推导出的磁流变减振器力学模型能为建立减振器控制模型提供可靠的理论指导。     

三工作面旋转式磁流变阻尼器磁路设计与性能分析

设计了一种新型结构的旋转式磁流变阻尼器。设计了新的磁流变阻尼器磁路结构,使得转子的两个端面和圆柱面均作为工作面,在不增大转子体积的情况下,有效增加了转子的工作面积。基于磁流变液与磁芯材料特性,对阻尼器进行了磁路设计,获得了阻尼器的相关机械参数与电气参数。针对阻尼器结构特点,应用有限元法,建立了磁流变阻尼器的有限元模型,并对其进行了电磁场分析,得到了阻尼器模型的电磁场物理量。结合有限元分析结果与磁流变液的本构关系,获得了磁流变阻尼器的屈服力矩—电流力学特性。     

磁流变阻尼器的动态性能试验研究

介绍磁流变阻尼器的工作原理和结构,并对其进行了动态性能试验研究。试验结果表明磁流变阻尼器是一种优秀的阻尼系数可调的半主动减振装置,可以提供一定范围稳定可调的阻尼力;基于试验数据探讨了磁流变阻尼器的力学模型,在反映磁流变液剪切稀化(稠化)特性的Herschel—Bulkley模型的基础上得出修正的双粘性滞回本构模型。     

磁流变阻尼器动力性能测试与建模

建立磁流变阻尼器精确的力学模型是进行磁流变阻尼减振结构反应分析与设计并取得良好振动控制效果的一个重要前提。首先,对一个最大出力为10kN的磁流变阻尼器进行动力性能测试;其次,基于试验结果分别建立该阻尼器的参数化与非参数化动力学模型,并对所建立模型的有效性进行验证;最后,对两种不同建模方式的结果进行对比分析。结果表明,建立的参数化模型——双曲正切滞回模型能够有效地描述磁流变阻尼器的动力特性;非参数化模型——反向传播(back propagation,简称BP)神经网络正向、逆向力学模型具有良好的训练样本拟合度、泛化能力和抗噪性能;在试验数据拟合度上,BP神经网络模型要好于双曲正切滞回模型,但后者阻尼力表达式形式简单,更易于程序化。     

磁流变阻尼器Bingham力学模型改进及参数辨识

磁流变阻尼器不仅具有阻尼快速响应、良好的温度稳定性、内部结构简单等优势,而且可以通过调节控制电流使阻尼器的出力值连续变化,实现阻尼力可控。由于磁流变阻尼器阻尼特性与内部磁流变液的磁流变效应有关,具体表现非常复杂,现有力学模型目精度不足,无法精确描述磁流变阻尼器的阻尼特性。在磁流变阻尼器力学性能测试基础上,应用分段拟合函数方法同时结合反正切函数模型改进模型,并辨识改进后力学模型中各参数。将改进后的Bingham模型与实际测试出力值进行对比,结果表明改进后的Bingham模型能够很好地解决Bingham力学模型在非线性滞回阶段出力值曲线与实际测试数据不符的问题,改进后模型总体出力值曲线与阻尼器实际出力值基本相同,模型精度大幅提升。此种改进方法为磁流变阻尼器建立高精度力学模型提供参考。     

磁流变减振器建模与试验

建立较为精确的磁流变减振器阻尼力模型是设计控制策略并获得良好控制效果的关键。基于流体动力学理论和磁流变液流变特性,对阻尼通道内磁流变液进行流体动力学分析,详细推导磁流变减振器阻尼力模型。结合阻尼通道处磁场有限元分析,完善阻尼力模型。最后试验测试自制磁流变减振器在不同励磁电流和不同活塞速度下的示功特性和速度特性,利用试验数据对模型进行系数辨识,建立磁流变减振器简化力学模型。研究结果表明,励磁电流小于0.8 A时,输出阻尼力试验值与计算值较吻合,当励磁电流增大,阻尼力试验值与计算值最大相差约100 N,计算值相对于试验值的误差在19%以内,该简化力学模型能描述磁流变减振器的基本力学特性,能为半主动悬架控制研究提供理论指导。     

非稳定场下三级密封结构MR阻尼器多项式模型参数辨识及仿真

为建立磁流变(MR)阻尼器在非稳定场下更为精确的动力学模型,针对三级密封结构MR阻尼器,提出基于温度和电流双参数的12阶多项式参数建模方法。搭建MR阻尼器力学试验平台,在不同温度和电流环境条件下开展MR阻尼器动力学性能检测试验;利用系列化的试验数据,以12阶多项式参数模型模拟三级密封结构的MR阻尼器阻尼动力-速度规律,采用最小二乘法拟合其参数;为解决温度效应产生的影响,建立电流相关系数关于温度的4次多项式模型;以计算阻尼力与试验测试阻尼力的相对误差模型进行有效性评价。研究结果表明,建模仿真与试验检测结果高度吻合,能更加精确地预测非稳定场下MR阻尼器动力学规律。     

旋转式磁流变阻尼器及其驱动器研究

研制了转子具有圆柱体结构的旋转式磁流变阻尼器,转子的两个端面和圆柱面均为工作面,设计了适用于磁流变阻尼器的永磁密封装置,利用阻尼器内的磁流变液实现了动密封。应用有限元法对阻尼器模型进行了电磁场分析,结合有限元分析结果与磁流变液的本构关系,对磁流变阻尼器的力学性能进行了仿真研究。开发了用于磁流变阻尼器的驱动器,实现了应用工控机对阻尼器的屈服力矩进行控制。在此基础上,建立了阻尼器控制实验系统,对阻尼器的屈服力矩控制进行了实验研究。     

新型磁流变-剪切增稠阻尼器的力学模型及试验研究

针对阻尼器的主被动控制特性的需求,利用磁流变剪切增稠协同效应的流变机理,提出并设计磁流变-剪切增稠阻尼器。试验制备磁流变-剪切增稠流体,测试其流变特性,并基于Cross模型与LM算法建立其表观黏度模型。通过磁场磁路的仿真优化,设计并研制新型双出杆磁流变-剪切增稠阻尼器。结合上述研究,建立该阻尼器的力学模型,并对其阻尼力进行动态性能测试。测试结果表明,阻尼器在110m T磁场的主动控制下,提升34.3%阻尼力峰值;随着振荡频率增加,可以提升至少64.2%的阻尼力。同时,验证了阻尼特性力学模型预测的有效性,最大误差为8.9%。     

蛇形磁路多片式磁流变液阻尼器设计

提出了一种大输出阻尼力矩,低初始阻尼力的小体积多片式磁流变液阻尼器的设计方法。阻尼器内部的导磁元件、隔磁元件和间隙中磁流变液构成闭合的蛇形磁路。针对漏液的问题采用铁磁密封的设计思想,显著减小了转轴处的摩擦力。基于Bingham塑性模型分析了磁流变液的力学特性,导出了阻尼器的力矩模型,采用ANSYS Maxwell软件对阻尼器进行了有限元分析,验证了磁路的准确性,并在原始设计的基础上对阻尼器的结构进行了优化,研制出了一种小体积磁流变液阻尼器。在自主搭建的实验平台上进行力矩测量实验和响应时间测量实验,实验结果验证了该阻尼器具有大输出力矩,低初始阻尼力和低响应时间的特点。阻尼器的直径为33.6 mm,高度为21.6 mm,重约200 g,当输入电流为1.2 A时,产生的力矩为350 N·mm,达到了操作者抓取虚拟物体所需的力矩。     

磁流变阻尼器动力学建模及参数协同优化

在一种偏斜阻尼通道线圈内置式的磁流变阻尼器基础上分析其力学模型,运用有限元方法针对阻尼器核心部件磁芯的结构及性能进行分析;在Adams car环境下建立包含磁流变阻尼器力学模型的半主动悬架多体动力学模型,进而通过搭建整车模型进行匀速工况、减速带工况、蛇形工况设定并输出至MATLAB,基于ISIGHT平台对磁流变阻尼器进行多目标协同优化。结果表明：车身垂向加速度、侧向加速度平均值均得到了相应改善,合理的结构参数能够有效提高磁流变阻尼器性能。     

一种新型复合MR阻尼器的设计与磁路仿真分析

针对土木工程的特点,从保证磁流变阻尼器的阻尼性能、节省控制系统的能耗和提高阻尼器的安全稳定性能出发,设计了一种具有较好的被动和半主动控制功能的新型复合结构磁流变阻尼器,并建立了这种磁流变阻尼器的力学模型.根据电磁场理论,设计了具有永磁体与通电线圈的复合结构磁流变阻尼器的磁路,再利用ANSYS软件对该磁路与结构参数进行仿真分析,结果表明复合结构MR阻尼器比传统普通结构MR阻尼器具有更优越的可控性及安全稳定性能,为设计具有适当力值需求的复合磁流变阻尼器提供有效手段.     

轴向绕组磁流变液阻尼器的磁场特性分析

运用ANSYS有限元分析软件,针对轴向绕组结构的磁流变液阻尼器,建立电磁场有限元计算模型,分析阻尼间隙通道的磁场特性,并建立径向线圈磁路结构的电磁场有限元模型,分析径向结构的阻尼间隙通道的磁场分布特性,对比有限元理论分析得出轴向绕组结构能在阻尼间隙通道产生近似平行平板磁场特性的均匀磁场.然后对轴向绕组结构在阻尼间隙通道产生的磁场进行测试,试验得出轴向绕组结构的阻尼器间隙通道磁场特性优良,更有利于磁流变效应;试验结果与理论分析基本一致,有限元分析方法为轴向绕组阻尼器的理论研究提供了方法参考.     

基于超声作用的磁流变液阻尼器设计与分析

为减小磁流变液阻尼器（MRD）零磁场时的角动量损耗,设计了一种基于超声场作用的磁流变液阻尼器。该阻尼器内置盘型超声振子辐射超声场,可以减小阻尼器零场阻尼力矩。采用有限元法进行了超声振子动力学分析和阻尼器磁路仿真,并通过实验验证了超声振子的输出性能。基于Bingham模型得到了阻尼器的力矩模型。在高速地面负载实验台上进行了阻尼器输出性能测试和超声场调节零场阻尼实验,结果证明超声场可明显减小该阻尼器零场阻尼。